课程设计--X-Y数控工作台机电系统设计

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1、- 1 - 目 录 任 务 书 2 二、总体方案的确定 错误错误!未定义书签。未定义书签。 三、机械传动部件的计算与选型 错误错误!未定义书签。未定义书签。 四、工作台机械装配图的绘制 错误错误!未定义书签。未定义书签。 五、工作台控制系统的设计 错误错误!未定义书签。未定义书签。 参考文献 错误错误!未定义书签。未定义书签。 附件 1 错误错误!未定义书签。未定义书签。 附件 2 错误错误!未定义书签。未定义书签。 附件 3 错误错误!未定义书签。未定义书签。 附件 4 错误错误!未定义书签。未定义书签。 2 任 务 书 设计题目：X-Y 数控工作台机电系统设计 设计任务： 设计一台微机控制

2、 XY 两坐标工作台，供立式数控铣床使用。具体内容如下： 机械系统设计：通过计算,正确选择传动机构、导向机构、执行机构、驱动电机 等，根据计算说明，绘制机械系统装配图。 控制系统设计：根据系统要求，选择正确的控制策略，设计合理的控制系统，并 绘制控制系统电路图。 主要程序设计： 在机械系统设计与控制系统 设计的基础上，进行控制系统的主程序设 计，列出程序清单。 设计说明书撰写。 系统主要参数： 立铣刀最大直径 d=20mm 立铣刀齿数 Z=3 最大铣削宽度 mmae20 最大背吃刀量 mma p 10 加工材料为碳素钢或有色金属 X,Y 方向的脉冲当量 pmm yx /01.0 X,Y 方向的

3、定位精度均为0.01mm 工作台面尺寸为 400mm500mm(我们这个长度 400 以下)，加工范围为 200mm200mm 工作台空载最快移动速度 min/5000 maxmax mmvv yx 工作台进给最快移动速度 min/350 maxmax mmvv fyfx 时间安排及任务： 一、系统功能介绍、总体方案设计（1 天） 1. 机电一体化产品设计的基本过程介绍；2. XY 工作台功能介绍；3. 总体方案 的确定 二、单元功能模块介绍和设计任务的落实（1 天） 三、详细设计（8 天） 1机械系统装配图设计；2控制各部分原理图的设计；3主功能程序的编制 3 二、总体方案的确定 1、机械传

4、动部件的选择 （1）导轨副的选用 要设计的 X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣 床 ， 需 要 承 载 的 载 荷 不 大 ， 但 脉 冲 当 量 小 ( pmm yx /01.0 )，定位精度高 （ min/350 maxmax mmvv fyfx ） ，因此，决定选用直 线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预 紧方便等优点。 选 直 线 滚 动 导轨副 （2）丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直 线运动， 要满足 0.01mm的脉冲当量和0.01mm 的定位 精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能 达到。滚珠丝杠副

5、的传动精度高、动态响应快、运转平 稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙，而且滚 珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效 率。 选 滚 动 丝 杠 螺母副 （3）减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输 出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且 应有消除间隙机构。为此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 拟 采 用 减 速 器 （4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到 0.001mm，定位精度也 未达到微米级，空载最快移动速度也只有 2000mm/min。因 此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，

6、如交流伺服电动 机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动 机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。 伺 服 电 机 选 步进电机 （5）检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所 给精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削 负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装 增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率 应与步进电动机的步距角相匹配。 考虑到 X、Y 两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设 计工作量，X、Y 两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以 及检测装置拟采用相同的型号与规格。 检 测 装 置 的 选用：增量式 旋转编码器 2、控制系统的设计 4 （1）设计的 X-Y 工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、 两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。 连续控制型 （2）对于步进电动机的半闭环控制，选用